Sciences de
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2
Lycée Voltaire Legrand Bruno et Carillet André
THÈME SOCIÉTALSanté : assistance médicale
PROBLÉMATIQUE Pour un débit réglé sur l’appareil, vérifier l’autonomie de la batterie,respecte-t-elle le cahier des charges ? OBJECTIFS- Mise en œuvre des systèmes dans leurs conditions réelles d’exploitation.-Mesure de l’écart entre les performances attendues et les performances estimées par la mesure du courant consommé.- Analyse des performances du système et modification de l’autonomie.- Modélisation des courants consommés- Mesure de l’écart performances simulées / performances mesurées.
SITUATION DANS LE CYCLE DE FORMATION1ème année du cycle terminal (début de première année)
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2
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PROBLÈME TECHNIQUE
Vérification de l’autonomie de la batterie et modification du choix de la technologie.
CENTRES D’INTÉRÊT
Expérimenter et mesurer la consommation énergétique du pousse seringue.
Analyser les constituants du système réel d’un point de vue structurel.
Mettre en œuvre un protocole de mesure.
ORGANISATION DE LA CLASSE
Le laboratoire est équipé de deux systèmes réel instrumentés .
La séquence s’adresse à une partie de la classe selon les effectifs. Il est possible de mettre en parallèle 2 études de cas différents (sécateur, voiture RC, etc).
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2
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Aide à l’assistance médicale
Besoin Libérer le personnel médical
Quelques indications du cahier des charges
-Plage de débit-Choix automatique de la seringue-Précision sur les débits-Seuil d’occlusion-Autonomie électrique
Grandeurs mesurables
-Débit-Vitesse de déplacement linéaire-Vitesse de rotation du moteur-Energie électrique consommée
Grandeurs simulées -Programmation de la commande du moteur.-Vérification de la rotation du moteur.- Modélisation de la consommation
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Déroulement de la séquence
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L M M J V S D L M M J V S D
Semaine 1 Semaine 2
TP(2h)
C/TD(2h)
C/TD(2h) Evaluation sommative
Rest(2h)
Séquence
Compétences
Analyser Modéliser Expérimenter Communiquer
A1 A2 A3 B1 B2 B3 B4 C1 C2 D2 D3
N°Séance
1 TP
2 Cours
3 TD
4 Com.
5Evaluation
Scie
nces
de
l’ing
énie
ur p
rogr
amm
e 20
11Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2
Résumé des compétences attendues
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : Capacités à transmettre
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Analyser
Compétences attendues
Connaissances Capacités
A1 Fonction d’usage. Identifier et caractériser les fonctions de services.
A2 Architecture fonctionnelle -Identifier composants -Décrire les rôles respectifs
A2 Chaîne d’énergie. Identifier et décrire la chaîne d’énergieAnalyser les apports d’énergie (transfert, stockage).
A2 Impact environnemental Evaluer l’impact environnemental (matériaux, énergie, nuisances).
A3 Analyse des écarts -Quantifier les écarts entre valeurs attendues et valeurs mesurées.
-Quantifier les écarts entre la simulation et les valeurs attendues.
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : suite des capacités à transmettre
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Modéliser
Compétences attendues
Connaissances Capacités
B1 Energie et puissance. Décrire les lois d’évolution des grandeurs.Utiliser les lois et relations entre les grandeurs.
B2 Chaîne d’énergie Associer un modèle aux composants d’une chaîne d’énergie.
B3 Paramètre d’une simulation Adapter les paramètres de simulation.
B4 Modèles de connaissances Vérifier la compatibilité des résultats obtenus (amplitudes et variations) avec les lois et principes physiques d’évolution des grandeurs.
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : suite des capacités à transmettre
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Communiquer
Compétences attendues
Connaissances Capacités
C1 Prévision quantitative de la réponse du système.
Identifier le comportement du système et prévoir l’ordre de grandeur de la mesure.
C2 Appareils de mesure et principe d’utilisation.
Mettre en œuvre Ampèremètre voltmètre.
Utilisation d’un tableur afin de réaliser les calculs et présenter la courbe de l’autonomie du P.S. en fonction du débit.
Expérimenter
Compétences attendues
Connaissances Capacités
D2 Internet Effectuer une synthèse des informations.
D3 Production de documents Production d’un diaporama.
Scie
nces
de
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énie
ur p
rogr
amm
e 20
11• Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2• Semaine 1 : Contenu
TP COURS TD
Mesure de l’autonomie électrique (durée 2h)
Analyse du besoinAnalyse fonctionnelle
Identifier les composants réalisant l’alimentation et le stockage électrique.
Mesure du débit de la batterie en cours de fonctionnement.
Tracé de la courbe d’autonomie de la batterie (tableur) en fonction du débit affiché.
Conclure sur la validité entre l’autonomie mesurée et calculée et celle du CDFC.
Mesure du courant de recharge de la batterie et détermination du temps de recharge.
Les accumulateurs (durée 1h)
Caractéristiques:Tension d’une cellule élémentaire, énergie stockée, débit maxi.
Principe de charge Décharge (loi de Peuklert)
Synthèse des accumulateurs(tableau masse, volume, densité énergétique)
Les condensateurs (durée 1h)
ConstitutionEnergie emmagasinéeCharge et décharge
Comparaison énergétique.
Modélisation (durée 1h)
Modifier les paramètres du moteur pour s’approcher au plus près de la consommation du PS
Mesure en simulation du courant consommé par la batterie pour différentes valeurs de débit (modification de la durée des pas.)
Mesure des écarts entre réel et simulé.
Conversion AC/DC (durée 1h)-Transformateur-Redresseur-Filtrage
Calcul et choix d’un condensateur de filtrage d’une tension redressée en fonction du courant consommé.
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2
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Développement de la séquence et de ses séances
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 TP
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TP: Mesure de l’autonomie électrique du PS
Prérequis :
Mesure de I et U
.
Documents fournis:
Schéma de l’alimentation du P.S.
Courbes de décharge batterie.
Dossier technique.
Objectifs élève:
-Mesurer la consommation du P.S. et en déduire l’autonomie de la batterie pour différents débits.
-Comparer les résultats avec le cahier des charges comment améliorer l’autonomie du pousse seringue.
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : TP travail à effectuer
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1)Compléter le diagramme pieuvre puis le schéma fonctionnel.
2)Retrouver le nom des composants réalisant l’alimentation.
2) Mettre en place les appareils de mesure (V et A).Mesurer la consommation de la batterie du P.S. pour différents débits.
3) le tracer de l’autonomie pour différentes mesures.Sous Tableur.
4) Quantifier les écarts entre les résultats précédents avec les courbes de Peuklert.
5) Quantifier les écarts avec le cahier des charges et les mesures obtenues trouver une solution pour améliorer cette autonomie.
6) Proposer un protocole pour mesurer l’autonomie réelle.
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : Cours
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Caractéristiques générales de batteries Durée:1h
1 Tension d’un élément 2 Quantité électrique stockée3 Energie stockée4 Courant de charge5 Courant de décharge6 Tableau récapitulatif des densités massiques énergétiques
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : TP travail à effectuer
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1) DéfinitionsConstitution Capacité électriqueCapacité énergétique
2) Charge DéchargeCourbeEquation temporelle
3) Supercondensateur Constitution
4) Comparaison des différents stockage électrique
2
22..
2
1
C
QUCE UCQ .
Les condensateurs
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : TD travail à effectuer
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A partir du schéma sous Proteus :
- Retrouver et modifier les valeurs internes du moteur pour s’approcher au plus près du réel. Modéliser la consommation de la partie commande. Durée:10mn
- A partir de relation vitesse moteur/débit.
Calculer les valeurs de période d’un pas pour les valeurs extrêmes de débit. Durée:10mn
- Modifier les valeurs dans Flowcode et implanter cette valeur dans Proteus.
Durée:20mn
- Mesurer le courant total débité par l’alimentation pour les valeurs extrêmes.
- Conclure sur la validité des modèles.
Durée:15mn
+88.8
M1
RA0/AN02
RA1/AN1 3
RA2/AN2/VREF-/CVREF4
RA4/T0CKI/C1OUT6
RA5/AN4/SS/C2OUT 7
RE0/AN5/RD 8
RE1/AN6/WR9
RE2/AN7/CS 10
OSC1/CLKIN 13
OSC2/CLKOUT14
RC1/T1OSI/CCP216
RC2/CCP117
RC3/SCK/SCL18
RD0/PSP019
RD1/PSP120
RB7/PGD40
RB6/PGC39RB5
38RB437RB3/PGM
36RB235RB1
34RB0/INT33
RD7/PSP730
RD6/PSP629RD5/PSP5
28RD4/PSP427RD3/PSP3
22RD2/PSP221
RC7/RX/DT26RC6/TX/CK
25RC5/SDO24RC4/SDI/SDA
23
RA3/AN3/VREF+ 5
RC0/T1OSO/T1CKI15
MCLR/Vpp/THV 1
U1
PIC16F877A
a1a2b1b2
S1
S4
S3
S2
1B1
2B2
3B3
4B4
5B5
6B6
7B7
8B8
1C18
2C 17
3C16
4C 15
5C14
6C 13
7C12
8C 11
COM 10
U2
ULN2803
a1a2b1b2
S1S2S3S4
BAT26
6V
6V 6V
RST
CLKCE
+88.8
Amps
6V
REMARQUE : Pendant cette heure de TD,les élèves possèdent les simulations correspondant à leur montage de TP et donc à un questionnement différent à adapter suivant le cas.
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : TD suite
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Modéliser la consommation maxi du P.S. par une résistance.Durée:10mn
Retrouver la relation de la variation de U aux bornes de C en considérant que celui-ci se décharge sous I constant. (Q=CU Q=It)Durée:20mn
Calculer la valeur de ΔUc pour différentes valeurs de C (pour la consommation maximale du P.S.)Vérifier les valeurs obtenues à l’aide de Proteus.Durée:20mn
Retrouver sur le schéma la valeur de C de filtrage calculer ΔUc maximal.Vérifier les valeurs à l’aide de Proteus.Durée:10mn
BR1
BRIDGER174
C1(1)
C1500u
TR1
TRAN-2P2S
+88.8
AC Volts
(+)
Remarque: Durant cette heure le questionnement du TD sera commun à tous les élèves.
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 2 : Restitution
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Pour chaque groupe: préparation d’un diaporama afin d’exposer :
- Leurs mesures effectuées pour déterminer l’autonomie du système ainsi que leurs résultats.- Une analyse sur la validité et les limites des valeurs de simulation. *PS écart de I en fonction du débit non attendu en simulation,
*sécateur non prise en compte du couple nécessaire a l’extension du ressort.*Non prise en compte des accélérations et décélération en fonctionnement normal d’utilisation.
- Une analyse du type de batteries (avantages inconvénients)*Plomb pour pousse seringue, NImH voiture RC, CdNi sécateur).
- Choix du temps de charge (avantages inconvénients) (rapide voiture RC, lent pour le PS et sécateur)
Durée:1heure
Présentation à la classe de 20mn pour chaque groupe.Durée:1heure
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : TD suite
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Présentation d’une séquence : Pousse seringue Vial A2Semaine 1 : TD suite
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0 10 25 50 75 100 125 150 175 2000
50
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200
250
300
350
400
courant consommé en mA
courant consomée en mA
0 10 25 50 75 100 125 150 175 2000.002.004.006.008.00
10.0012.0014.0016.0018.0020.00
autonomie en heure
autonomie
<<
BR1
2W04G
C11000u
VI3 VO 2
ADJ
1
U1LM317T
R1220
R21k
D1
1N4007
D2
1N4007
BATTERIE PLOMB 6V6
BR2
2W04G
EDF 230 Volts
12 à 15 Volts
TR1
TRAN-2P2S
C210u
+VCC
GND
FA11 FA12 FA13
FA14 FA15
FA16
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?
?
?
?
?
Seringue liquide et cathéter
milieu hospitalier
supportpersonnel médical
patient
POUSSE SERINGUE
énergie
Fp1 injecter de façon régulière un liquide thérapeutique au patient selon un débit programmé.Fp2 libérer le personnel médical pour d’autres interventions.Fc3 avertir le personnel d’un dysfonctionnement.Fc4 prévenir de la fin de la perfusion.Fc5 accepter différents types de seringues, mise en place aisée et rapide de la seringue.Fc6 le support ne doit pas glisser.Fc7 être facile à nettoyer pour faciliter le fonctionnement en milieu aseptisé.Fc8 être alimenté sous 240 V et sous alimentation continue ou alternative de 12 Volts et avoir une autonomie de plusieurs heures en cas de défaillance de la tension secteur.
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